疲劳设计方法的发展及其安全性概念.pdfVIP

第九次全国焊接会议论文集 疲劳设计方法的发展及安全性概念 铁道部科学研究院 文峰冯星梅史永旨 摘要 本文介绍了疲劳设计方法的演变过程吼及安全性概念，并且婚J述了面向2l世纪桥梁技术的发 展迫切需要开展最小维修长寿命桥梁设计方法的研究， 关键词：疲劳设计、安全性、最小维修长寿命桥粱 众所周知，疲劳是导致结构失效的重要因素之一．长期以来，人们根据疲劳试验取得的 经验和半经验规律建立了疲劳设计方法，希望避免结构在使用寿命内产生疲劳破坏．随着人 们对疲劳研究的深入，疲劳设计方法得到不断的补充和修改，先后经历了，经验设计法，容许应 力设计法，和目前广泛采用的极限状态设计法．现代的疲劳设计规范基本上保证了在结构使 用期限内不发生疲劳破坏． 但是，随着新材料．新结构形式及构造细节的出现，承受动荷载结构仍然不断产生疲劳 裂纹．所以，回顾疲劳设计方法及其安全性概念的演变，无疑有助于今后疲劳设计的改 进． 1经验设计法 从上世纪末到本世纪初，人们埘承受动荷载结构中产生的疲劳裂纹现象缺乏足够的认 识，为防止疲劳裂纹的产生，依据经验人为地提高设计衙载，加，k构件的断面，从而降低作 0年美国的AREA规范的疲劳设计规定：对于 用在构件上的实际应力，防止疲劳破坏。例如191 承受变号应力的构件，将静荷载和动荷裁产生的最大正应力和最赶负应力，分别加上两者绝 对值较小者的5鹏，按照该应力进行疲劳检算． 疲劳经验设计法的通用表达式如下： FR l- 式中：F一荷载效应 R一材料疲劳抗力 显然，经验设计法是很粗糙的，一方面容易造成材料的较又演费．另一方面也无法切实保 证结构的疲劳安全性。 2 窖许应力设计法 从40年代到T0年代初，疲劳设计基本上采用的是容许应力设汁法．其通用表达式为 FR／v (2) 式中：F一疲劳荷载效应，一般取设计寿命内的最大荷载 R一材料或接头的疲劳抗力 v一特殊安全系数 第九次仝嘲焊接会议论文集 在此期间．随着疲劳试蛾毙力的发展提高，人们进行了许多疲劳试验，研究r各种钢材及 各种接头形式的疲劳特性曲线以及影响疲劳强度的各项因素，获得r大量的试验数据和经验 规律． 我国50年代疲劳设计规范中的y折减系数法，就是采用的容许应力设计法．这种方法 中，荷载效应取设计寿命∥jn最大荷载引起的应力，材料或接头的疲劳抗力是通过大量的 疲劳试验求出各种接头的疲一努强度，考虑应力比R对疲劳强度的影响，再考虑特殊安全系数 y，米确定各种接头的疲劳器许应力p。]．最常用的疲劳检算公式如下： oj时．，1 (3) 式中：G 一疲劳荷载应jJ 【o。1一R=O时材料或唛头的疲劳容许应力 k1 时”]一任意应力比∽寝劳容许应力，p n15≠恭，且陋“1≤陋】 K—G00dⅡlan疲劳咚冲的曲线斜率 R 一应力比 [o]一材料抗掩基，ji；≮许应力 3 极限状态设计法 ，!k70年代后期开始，各匡旧蛤由容许应，U设计法逐步向极限状态设计法过渡．疲劳极限 状态汝是指把结构的使用寿命作为极限条件，其安全性评定目标是给出结构设计寿命终止时 的存淆概率，即把荷载效应耳f】蜘件的疲劳抗力视为两个独立的随机变龟，根据近似概率分 析，山这两个变量的特征值{均值和标准偏差)和可能的变异性计算出存活概率． 极限状态设计法疲劳检算的通用表达式为： Y。△o，‘；△dⅣ／7Ⅳ (4) 式中：△o，一荷载效应，即拇{岿疲劳设计荷载谱求得的被评定细节的等效等幅应力